Y rhyngweithio rhwng lamp UV excimer a gollyngiad arc

Y rhyngweithio rhwng lamp UV excimer a gollyngiad arc

3.6.1 Nodweddion Rhyddhau Arc

Pan fydd y dwysedd presennol mewn gollyngiad glow annormal yn dod yn uchel iawn, mae ïonau'n peledu'r wyneb catod yn ddwys, gan achosi gwresogi lleol y catod ac allyrru nifer fawr o electronau thermionig. Mae hyn yn lleihau'r gwrthiant gofod, yn achosi gostyngiad sydyn yn y foltedd rhyng-electrod, a chynnydd sydyn yn y cerrynt, gan drosglwyddo'r gollyngiad glow i ollyngiad arc. Mae Tabl 3-8 yn cymharu nodweddion rhyddhau arc a rhyddhau glow [10].

3.6.2 Mathau o Arc Rhyddhau

Dosbarthiad yn ôl Foltedd Rhyddhau(1) Gollyngiad arc pwysedd isel -: Gollyngiad arc ar bwysau nwy o dan 100 Pa, a elwir hefyd yn arc gwactod. Mae tymheredd yr electron yn y golofn arc yn cyrraedd 10⁴–10⁵ K, tra bod tymheredd y gronynnau trwm ychydig yn uwch na'r tymheredd amgylchynol, gan ffurfio plasma nad yw'n ecwilibriwm. Mae'r math hwn o arc yn aml yn cael ei gyfuno âlampau UV excimerar gyfer cyffro cynorthwyol i wella gweithgaredd plasma ac effeithlonrwydd adwaith. (2) Gollyngiad arc pwysedd uchel -: Yn digwydd mewn arcau nwy neu anwedd ar bwysedd uwch na 100 Pa; mae arcau ar bwysedd atmosfferig yn{-arcau gwasgedd uchel. Nodweddir y golofn arc gan ecwilibriwm thermol ymhlith electronau, ïonau positif, ac atomau neu foleciwlau nwy niwtral, gyda thymheredd nwy yn cyrraedd 4000-20000 K mewn colofn arc gyfyng.

Dosbarthiad trwy Fecanwaith Ffurfio Rhyddhau ArcYn seiliedig ar ffurf rhyddhau arc, fe'i rhennir yn ollyngiad arc thermionig a rhyddhau arc allyriad maes catod oer, a gyflwynir ar wahân isod.

3.6.3 Rhyddhau Arc Thermionig

Allyriad Thermionig [10,13,14]Pan fydd tymheredd yr arwyneb metel yn uchel iawn ac mae'r egni electron yn fwy na'r swyddogaeth waith, mae electronau'n dianc o'u bondiau ac yn cael eu hallyrru. Pan fo'r dwysedd cerrynt thermonig yn uchel, mae'n ffurfio gollyngiad arc cathod thermionig. Mae gollyngiad arc catod thermionig sy'n cynnal ei hunan-yn cael ei gynnal gan allyriad thermionig sefydlog o'r catod. Yn gyffredinol, defnyddir metelau anhydrin â chyfernodau gwrthiant tymheredd uchel, megis twngsten, molybdenwm, neu tantalwm, ar gyfer allyriadau thermionig. Mae Tabl 3-9 [10] yn rhestru'r berthynas rhwng dwysedd allyriadau thermionig a thymheredd ar gyfer tantalwm; po uchaf yw'r tymheredd, y mwyaf yw'r dwysedd allyriadau thermionig.

Mae dwysedd yr allyriad thermionig yn cael ei gyfrifo gan yr hafaliad canlynol: J=AT2e−X/kT J=AT^2 e^{-X/kT} J{5}}AT2e−X/kT lle:

JJJ - Dwysedd cerrynt thermionig (A/cm²);

AAA - Cysonyn allyriadau thermionig y defnydd [A/(cm²·K²)];

TTT - tymheredd deunydd catod (K);

XXX - Swyddogaeth gwaith electron (eV);

kkk - cysonyn Boltzmann, k=1.38×10−23k=1.38 \\times 10^{-23}k=1.38×10−23 J/K.

O'r hafaliad, gan fod AAA, XXX, a kkk yn gyson ar gyfer deunydd penodol, mae'r dwysedd allyriadau thermionig o'r deunydd catod yn cynyddu'n gyflym gyda thymheredd yn codi.

Deunyddiau Allyriad ThermionigMae deunyddiau allyrru thermionig cyffredin mewn technoleg platio ïon yn cynnwys metelau anhydrin fel twngsten, molybdenwm, tantalwm, a lanthanum hexaboride [11]. (1) Metelau anhydrin: Mae twngsten yn gweithredu ar dymereddau allyriadau thermionig o 2600-2900 K, fel arfer ar ffurf ffilament; tantalwm ar 2400-2800 K, yn aml ar ffurf tiwbaidd; molybdenwm ar 2200-2500 K, fel arfer ar ffurf ffilament, dalen, neu diwb. (2) Lanthanum hexaboride: Allyrrydd thermionig math ceramig gyda thymheredd allyriad thermionig o gwmpas 1700 K (is na thiwbiau tantalwm) a chysonyn allyriadau uchel, sy'n caniatáu allyriadau thermionig ar dymheredd is. Mewn cymwysiadau ymarferol, pan ddefnyddir lanthanum hexaboride fel y deunydd allyriadau, gellir ei gyfuno hefyd ag ymbelydredd UV o lampau UV excimer i wneud y gorau o effeithlonrwydd allyriadau electronau ymhellach mewn-amgylcheddau tymheredd isel.

Rhyddhau Arc Cathod Hollow(1) Amodau ar gyfer rhyddhau arc catod gwag: Mae Ffigur 3-25 yn dangos yr egwyddor o ollwng arc cathod gwag [10]. Mae tiwb tantalwm yn gweithredu fel y gwn catod gwag, wedi'i gysylltu â therfynell negyddol y cyflenwad pŵer arc, tra bod anod yn cael ei roi yn y siambr cotio a'i gysylltu â'r derfynell gadarnhaol. Mae'r cyflenwad pŵer arc yn cynnwys cyfuniad cyfochrog o gyflenwad pŵer tanio a chyflenwad pŵer parhaus. Wrth gyflwyno nwy argon, gall arbelydru UV o lamp UV excimer hyrwyddo ioneiddiad nwy cychwynnol, gan leihau'r foltedd tanio i tua 1000 V, gan danio gollyngiad glow gyda cherhyntau'n cyrraedd 30–40 A. Mae'r cyflenwad pŵer cynnal yn gweithredu ar 20–70 V gyda cheryntau arc o 80–300 A. Mae tiwbiau cathantao wedi'u cyflwyno trwy'r gwagle tiwb rhyddhau ar lefel gwactod t Argon a gyflwynir trwy'r lefel arc rhyddhau t. 100 Pa.

Yn gyntaf, mae foltedd uchel o gannoedd o foltiau yn tanio'r nwy, gan gynhyrchu gollyngiad glow catod gwag. Oherwydd yr effaith catod gwag wrth ollwng glow, mae'r dwysedd presennol y tu mewn i'r catod gwag yn uchel iawn, gan gynhyrchu nifer fawr o ïonau argon sy'n peledu wal y tiwb tantalwm. Mae tymheredd y tiwb tantalwm yn codi uwchlaw 2100 gradd, gan allyrru electronau thermionig. Mae'r electronau o ollyngiad nwy ac electronau thermionig gyda'i gilydd yn ffurfio llif electronau dwysedd uchel wedi'i gyfeirio tuag at yr anod, gan gynhesu'r anod wrth gyrraedd. Mae gollyngiad arc catod gwag yn ollyngiad arc catod thermonig sy'n cynnal ei hun.

(2) Dosbarthiad tymheredd y catod gwag: Dangosir y dosbarthiad tymheredd ar ôl rhyddhau arc cathod gwag sefydlog yn Ffigur 3-26 [10]. Mae gwraidd y tiwb tantalwm, wedi'i gynnal gan clamp wedi'i oeri â dŵr, â'r tymheredd isaf; mae pen agored y tiwb ychydig yn oerach oherwydd ymbelydredd thermol; mae'r tymheredd uchaf yn digwydd bellter lll (tua 20 mm) o'r pen agored.

(3) Colli pŵer yn yr arc catod gwag: Mae Ffigur 3-27 yn dangos y golled pŵer yn arc catod gwag [10], lle mae WtotalW_{ \\text{total}}Wtotal​ yn gyfanswm pŵer yr arc catod gwag, a WanodeW_{\\text{anod}}Wanode​ a WcathodeWcathode_{\\testun pwerau'r datgeliad wrth anod a catod, yn y drefn honno. Mae'r ffigur yn dangos bod y rhan fwyaf o'r pŵer yn cael ei wasgaru yn yr anod ar wahanol gerryntau gollwng cathod gwag, gydag ychydig iawn yn y catod. Mewn platio ïon catod gwag, mae'r anod yn ingot metel wedi'i osod mewn crucible, a defnyddir tua 60% o'r pŵer gwn catod gwag ar gyfer gwresogi ac anweddu'r metel.

Rhyddhau Gwn Arc Ffilament PoethMae'r gollyngiad arc a gynhyrchir gan gwn arc ffilament poeth hefyd yn perthyn i'r math rhyddhau arc thermionig [10,13,14]. Mae'r gwn arc ffilament poeth wedi'i osod ar frig y siambr cotio, gyda ffilamentau twngsten a tantalwm y tu mewn i'r corff gwn. Mae gan y gwn gyflenwad pŵer gwresogi a chyflenwad pŵer arc. Mae cyflenwad pŵer gwresogi cerrynt isel, foltedd uchel yn cynhesu'r ffilamentau twngsten a tantalwm i dymheredd uchel, gan allyrru electronau dwysedd uchel. Yn ymarferol, gall arbelydru ategol o lamp UV excimer rag-actifadu electronau ar yr arwynebau ffilament, gan gynyddu allyriadau electronau cychwynnol. Ar ôl cyflwyno nwy argon i'r gwn arc ffilament poeth a chysylltu'r cyflenwad pŵer arc, mae'r electronau thermionig dwysedd uchel yn ïoneiddio'r nwy argon, gan gynhyrchu electronau ychwanegol. Mae'r electronau thermionig dwysedd uchel a'r electronau o ollyngiad argon yn cydgyfarfod i ffrwd electronau arc sydd wedi'i chyfeirio tuag at yr anod.

3.6.4 Rhyddhau Bwa Cathod Oer

(1) Allyriad maes oer [10,13,14]: Mae ïonau positif yn cronni o flaen y catod oer, gan ffurfio haen deupol (a elwir hefyd yn wain plasma) rhwng yr ïonau a'r catod. Yn y cam cychwynnol o allyriadau maes oer, gall lamp UV excimer gynorthwyo trwy wella cyfradd cronni ïon positif, gan gyflymu'r cynnydd mewn cryfder maes gwain. Pan fydd cryfder maes y wain yn cyrraedd 10⁷–10⁸ V/cm, mae'n torri i lawr, gan allyrru cerrynt electronau mawr, a elwir yn allyriad maes. Mae gollyngiad arc catod oer fel arfer yn defnyddio metelau pwynt toddi isel fel copr, arian, neu ditaniwm fel deunyddiau catod. Mae'r catod cyffredinol yn parhau i fod yn oer, ond mae'r arc yn achosi anweddiad lleol o ddeunydd catod, gan gynyddu pwysedd anwedd a byrhau'r llwybr rhydd cymedrig i 10⁻⁸–10⁻⁴ cm.

(2)-Proses hunangynhaliol maes oer-rhyddhau arc allyrru: Mae'r ardal catod mewn maes oer-rhyddhau arc allyriad yn fach iawn (10⁻⁶–10⁻⁴ mm²). Ar ôl dadelfennu gwain, mae dwysedd cerrynt yr ardal micro-yn cyrraedd 10⁶–10⁸ A/cm², gyda dwysedd egni o (1–3) × 10⁷ W/cm². Mae atomau metel anwedd yn cael eu ïoneiddio'n ïonau positif ger y man arc. Mae'r ïonau hyn yn parhau i gronni o flaen y targed, gan ffurfio haen deupol sy'n cynnal y gollyngiad arc.

(3) Symudiad cyflym maes oer-arc allyriadau ar yr wyneb catod: Mae'r wyneb catod yn anwastad, gydag allwthiadau yn agosach at yr haen cronni ïon positif yn profi cryfder maes trydan uwch, gan gynhyrchu allyriadau maes ac arc yn ffafriol [9]. Ar ôl i'r deunydd sy'n ymwthio allan gael ei gynhesu a'i anweddu, gan ffurfio pwll, mae cryfder y cae yn lleihau, gan ddiffodd yr arc; yna mae allwthiad arall yn cychwyn allyriad maes, gan barhau i anweddu gronynnau cotio. Felly, mae'r maes oer-arc allyriadau yn symud yn gyflym ar draws yr arwyneb catod mewn modd hunan-sganio.

(4) Smotiau arc llachar ar yr wyneb catod: Yn ystod cynhyrchu arc allyriadau maes oer, mae'r ardal ddadelfennu ar y catod yn fach iawn. Yn y rhanbarth bach hwn, mae ïonau'n mynd i mewn i'r catod, mae electronau'n cael eu hallyrru, ac mae goleuedd ailgyfuno helaeth yn cynhyrchu smotiau arc llachar. Wrth i'r arc symud yn gyflym, gwelir symudiad parhaus smotiau arc ar y catod.

(5) Dwysedd plasma uchel o faes oer-arc allyriadau: Gydag arwynebedd dadelfennu bach a dwysedd cerrynt uchel iawn, mae atomau anweddedig yn debygol iawn o wrthdrawiad â'r llif electronau dwysedd uchel, gan gynhyrchu mwy o ïonau ac electronau. Felly, mae arcau allyriadau maes oer yn cynhyrchu plasma dwysedd uchel.

3.7 Rolau Gronynnau Cyhuddedig

Mae gronynnau gwefredig mewn gollyngiad nwy yn cynnwys ïonau ac electronau, sy'n symud tuag at electrodau cyferbyn o dan y maes trydan. Mae'r effeithiau pwysig pan fydd ïonau'n cyrraedd y catod ac electronau'n cyrraedd yr anod yn cael eu trafod isod [2,3,7,10,12,14].

3.7.1 Swyddogaethau Ions

Mae cyfres o ffenomenau ffisegol a chemegol yn digwydd pan fydd ïonau yn peledu arwyneb y catod. Mae Ffigur 3-28 yn dangos yr effeithiau amrywiol a gynhyrchir gan beledu ïon ar wyneb y catod. Gall effaith synergaidd lampau UV excimer wella'r effeithiau ffisegol a chemegol hyn ar yr wyneb, megis cynyddu cynnyrch chwistrellu a gwella unffurfiaeth addasu arwynebau.